Глобальные экологические проблемы современности
1. Загрязнение окружающей среды и его последствия
На современном этапе можно выделить пять видов негативного воздействия человека на природные экосистемы.
- упрощение природных экосистем и разрыв природных биогеохимических циклов;
- рассеивание накопленной веками энергии в виде теплового загрязнения;
- накопление различных токсичных отходов, которые не могут быть переработаны естественным путем до простых минеральных соединений;
- включение в биогеохимические круговороты радиоактивных веществ;
- генетические изменения.
Загрязнением называют внесение в окружающую среду нехарактерных для нее объектов или оказание нехарактерных видов воздействий, или превышение среднего содержания этих веществ (среднего уровня воздействий).
Загрязнения разделяют на механическое (ил, песок, мусор, вытаптывание травы), физическое (шумовое, электромагнитное, световое, радиационное), химическое (органическое и неорганическое) и биологическое (бактериальное).
и предложил следующую классификацию загрязнений:
- ингредиентное – внесение в среду чуждых ей веществ и микроорганизмов;
- параметрическое – изменение естественных параметров окружающей среды;
- биоценотическое – нарушение естественной структуры биоценозов (браконьерство, перепромысел, акклиматизация, интродукция новых видов, чуждых естественным биоценозам);
- стациально-деструктивное – разрушение среды обитания в результате строительства дорог, плотин, городов, добычи минерального сырья, вырубки леса.
Источниками загрязнения природных экосистем служат топливно-энергетический комплекс, черная и цветная металлургия, химическая и нефтехимическая промышленность, транспорт, сельское и коммунально-бытовое хозяйство. Эти виды промышленного производства оказывают негативное воздействие на всех этапах промышленного цикла: добычи сырья, его перевозки, переработки, использования произведенной продукции, утилизации отходов производства.
Основные источники загрязнения атмосферы – это тепловые и атомные электростанции, котельные установки. При сжигании угля и мазута на ТЭС и в котельных выделяется огромное количество сернистого газа, углекислого газа, частицы золы. ТЭС, работающие на природном газе, меньше загрязняют атмосферу оксидами углерода и серы, но они являются источниками выбросов оксидов азота. Атомные электростанции при нарушении штатного режима работы могут стать источником радиоактивного загрязнения. Так, в результате аварий на предприятии ПО «Маяк» в Челябинской области в 1957 году и на Чернобыльской АЭС в 1986 году значительно ухудшилась радиационная обстановка во многих областях европейской части России. Выброс в атмосферу большого количества долгоживущих радиоактивных изотопов привел к необходимости отселения жителей из наиболее загрязненных территорий. Часть выбросов попала в верхние слои атмосферы и воздушными потоками была перенесена на большие расстояния. Повышение радиационного фона фиксировались в соседних с Россией государствах.
Большое количество выбросов в атмосферу производят предприятия чёрной и цветной металлургии, химические производства. В крупных городах одним из главных источников загрязнения атмосферного воздуха становится автомобильный транспорт. Сжигание бытовых и промышленных отходов также наносит вред состоянию атмосферного воздуха. Кроме образования углекислого газа при сгорании пластмасс могут образовываться токсичные соединения: диоксины и фураны.
Под загрязнением водоёмов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Различают физическое, химическое, биологическое, бактериальное и механическое загрязнения. Физическое загрязнение проявляется в ухудшении органолептических свойств: цвета, прозрачности, запаха, вкуса, а также в изменении температуры воды, например, при сбросе нагретых сточных вод. Химическое загрязнение – это превышение предельно допустимых концентраций в воде вредных химических соединений: солей тяжёлых металлов, нефтепродуктов, ПАВ (поверхностно-активных веществ), кислот, щелочей. Биологическое и бактериальное загрязнение проявляется в появлении в большом количестве нехарактерных для данного водоёма микроорганизмов, вирусов, бактерий. Механическое загрязнение – появление в воде нерастворимых частиц ила, песка, полимерной упаковки, древесины и т. п., то есть веществ, которые не оказывают токсического воздействия на обитателей водоёмов, но засоряют воду.
Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются промышленные и бытовые сточные воды, атмосферные осадки, содержащие в себе компоненты газодымовых выбросов, смывы ядохимикатов и удобрений с полей, утечки нефти и нефтепродуктов.
Наиболее опасным загрязнителем воды считают нефть и нефтепродукты. Нефть может попасть в воду при авариях в процессе добычи, транспортировки. В морских экосистемах разлив нефти может вызвать гибель морских обитателей, так как нефть распределяется на поверхности воды в виде тонкой пленки и препятствует растворению кислорода в воде, отражает солнечные лучи, оказывает прямое токсическое действие. Естественное окисление и разложение нефти под влиянием температуры воздуха, воды, солнечного света, частичное растворение легких компонентов нефти в воде и их испарение, конечно, способствуют самоочищению водоёмов, но для полного очищения требуется очень много времен.
Большую опасность представляет радиационное загрязнение воды, которое может произойти при сбросе вод, используемых для охлаждения на АЭС, при транспортировке и переработке радиоактивных отходов, при авариях на АЭС и судах с атомными реакторами. Поэтому захоронение радиоактивных отходов в морях и океанах, называемое дампингом, представляет собой серьёзную экологическую угрозу.
В бытовых сточных водах большая доля загрязнений приходится на моющие средства (детергенты, ПАВ). Эти вещества практически не разлагаются естественным путем, в воде образуют пену, которая препятствует проникновению солнечных лучей к водной растительности, нарушается процесс фотосинтеза. Кроме этого, ПАВ оказывают раздражающее и токсическое действие на обитателей водоёмов, вызывают заболевания и гибель.
Поступление в водоёмы соединений азота и фосфора, сброс нагретой воды вызывают бурный рост водорослей, фитопланктона, которые активно потребляют кислород, растворённый в воде. Начинается гниение остатков водной растительности, вода приобретает тёмный цвет, неприятный запах, становится непригодной для использования. Такой процесс называется эвтрофикацией (цветением) водоёмов. В ходе сукцессии, вызванной эвтрофикацией водоёмов, первыми гибнут раки, так как они наиболее чувствительны к недостатку кислорода в воде.
Человек в результате своей хозяйственной деятельности оказывает негативное воздействие на почву. Отчуждая с полей урожай (зерно, корнеплоды, овощи и. т.п.), человек нарушает естественный биотический круговорот, разрывает сложившие трофические цепи, нарушает способность почвы к саморегуляции, снижает её плодородие.
Агроэкосистемы, в отличие от естественных биогеоценозов, отличаются пониженной устойчивостью, так как в них сведено до минимума биологическое разнообразие, упрощены связи между компонентами экосистемы. Агроэкосистемы относятся к субсидированным системам, так как для поддержания их устойчивости требуется дополнительный приток энергии, питательных веществ и т. п. Можно выделить следующие виды антропогенного воздействия на почвы:
1) ветровая и водная эрозия;
2) загрязнение;
3) вторичное засоление и заболачивание;
4) опустынивание;
5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.
Эрозия почв, разрушение верхнего слоя, рост оврагов приводит к снижению плодородия почвы.
Основными загрязнителями почв являются пестициды, минеральные удобрения, отходы и отбросы производства, оседающие из атмосферного воздуха твёрдые компоненты газодымовых выбросов, нефть и нефтепродукты.
Вторичное засоление почвы происходит при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв, снижает производительность лесов.
Опустынивание – одно из глобальных проявлений деградации почв. При этом происходят необратимые изменения почвы, снижение её биологической продуктивности, что может привести к превращению территории в пустыню. К опустыниванию приводят такие виды антропогенной деятельности, как вырубка лесов, перевыпас скота, интенсивная распашка, выдувание почв, засоление, нерациональное водопользование, снижение уровня грунтовых вод, выжигание прошлогодней сухой травы.
Почвенный покров разрушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного использования: строительства промышленных объектов, городов, дорог, трубопроводов, добыче полезных ископаемых и т. п.
Загрязнение компонентов окружающей среды негативно сказывается на здоровье человека. Повышенное содержание в воздухе угарного газа (оксид углерода II) препятствует нормальному переносу кислорода гемоглобином в организме человека, что снижает умственную работоспособность, замедляет рефлексы, а в тяжелых случаях приводит к удушью и смерти. Содержание в воздухе оксидов серы и азота приводит к обострению заболеваний дыхательных путей (респираторные заболевания, астма, бронхит, пневмония), влияет на работу сердечно-сосудистой системы. Вдыхание человеком сажи, полиароматических углеводородов приводит к развитию онкологических заболеваний. Повышенная запыленность воздуха вызывает опасное заболевание лёгких – силикоз.
Попадание в организм человека вместе с водой или продуктами питания тяжелых металлов приводит к серьезным нарушениям здоровья человека и его потомков. Соединения ртути (метилртуть) вызывает нервные расстройства (болезнь Минамата), нарушение функций желудочно-кишечного тракта, печени, почек. Соединения мышьяка вызывают периферические невриты, онкологические заболевания, выпадения волос Соединения свинца вызывают разрушение костных тканей, нарушения деятельности нервной системы и почек, снижение умственных способностей у детей. Избыток соединений меди в организме человека приводит к органическим изменениям в тканях, распаду костной ткани, гепатиту. Соли кадмия вызывают цирроз печени, нарушение функции почек, вызывает нарушение деятельности периферической нервной системы и паралич (болезнь «итай – итай»). Все тяжелые металлы способны накапливаться в организме, что приводит к серьезным заболеваниям.
Одним из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды органического происхождения является диоксин (полихлорпроизводное дибензолдиоксина). Это соединение может вызвать у человека ненаследуемое нарушение внутриутробного развития, которое является следствием тератогенного эффекта этого соединения. Кроме того, это вещество вызывает понижение иммунитета, называемый диоксиновый СПИД.
Не менее опасны для здоровья человека и пестициды – вещества, применяемые для борьбы с вредителями растений, сорняками, грибковыми болезнями. При попадании в организм человека эти вещества поражают нервную систему, внутренние органы. Они обладают мутагенным (вызывают мутации, изменения в строении генов) и канцерогенным (вызывают рост злокачественных опухолей) эффектами.
На здоровье человека негативное влияние оказывают и различные физические воздействия. Самое опасное воздействие – это радиация, так как она нарушает функционирование основных систем организма. В зависимости от интенсивности воздействия радиации могут наблюдаться не только близкие, но и отдаленные последствия.
Электромагнитные излучения вызывают нарушение состояния сердечно-сосудистой системы, утомляемость и психические расстройства. Это происходит из-за нарушения функционирования эндокринной системы и головного мозга. Шумовое воздействие на человека приводит к нарушению функций слуха и расстройствам нервной системы.
2. Глобальные экологические проблемы, связанные с антропогенным воздействием на окружающую среду
Парниковый эффект.
В течение последних десятилетий ученые отмечают повышение средней температуры приземных слоев атмосферы, по темпам превосходящее подобные изменения, происходившие в предыдущие столетия. В докладе, подготовленном международной группой по проблемам климатических изменений при ООН, утверждается, что к 2100 году средняя температура на Земле увеличится на 2 – 4 градуса. Повышение температуры в такие короткие сроки приведет к таянию ледников Арктики и Антарктики, повышению уровня Мирового океана, затоплению прибрежных территорий. Произойдет смещение установившегося за предыдущие тысячелетия климатического равновесия. Сократятся площади горного оледенения, начнется таяние грунтов на территориях с вечной мерзлотой. Отдельные территории будут заболачиваться, другие – страдать от засухи. Прогнозируют опустынивание некоторых территорий в районах средних широт из-за уменьшения количества осадков и возможного обмеления рек. Изменение климата приведет к нарушению сложившихся атмосферных процессов, чаще будут возникать ураганы, штормы, смерчи и торнадо. Для естественных экосистем изменение климата приведет к изменению условий обитания и гибели аборигенных видов. Ряд ученых видят в глобальном потеплении и положительные экологические последствия, такие как интенсификация процесса фотосинтеза.
Причиной глобального потепления ученые называют парниковый эффект. Парниковый эффект – свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землёй. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью, так как альбедо (отражательная способность) земной поверхности незначительно. Нагреваясь за счёт поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового, излучения, прозрачность атмосферы для которого мала и которое почти полностью поглощается в атмосфере. Благодаря парниковому эффекту при ясном небе только 10 – 20 % земного излучения может, проникая сквозь атмосферу, уходить в космическое пространство.
Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон. Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы (36 – 72 %), влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации. Долгое время считалось, что основной вклад в «парниковый эффект» вносит углекислый газ, выделяющийся при сгорании органического углеводородного топлива. Но исследования показали, что парниковая активность фреонов в зависимости от марки в 1300 – 8500 раз выше, чем углекислого газа. Тем не менее, основными антропогенными источниками парниковых газов до сих пор считаются теплоэнергетика и транспорт. Метан, ввиду высокой удельной теплоёмкости, также вносит ощутимый вклад в развитие парникового эффекта. Источники поступления метана в атмосферу – выбросы из подземных горных выработок, свалки отходов крупных городов, разрушение гидрата метана при таянии вечной мерзлоты и др.
По оценкам международных экспертов наибольший вклад в усиление парникового эффекта вносят США, так как именно на долю этого государства приходится большая часть выбросов углекислого газа. В последнее время появились работы ученых, доказывающие, что нельзя объяснять причины глобального потепления только выбросами парниковых газов. Причиной глобальных изменений климата Земли является деградация биосферы, происходящая из-за антропогенного воздействия на природные экосистемы. Массовое уничтожение растительности приводит к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. Изъятие человеком из биогенного круговорота значительной биомассы приводит к снижению способности природных экосистем к стабилизации климата.
Озоновые дыры
Термин «озоновая дыра» впервые появился в 1985 году, когда над Антарктидой была обнаружена область с пониженным (до 50 %) содержанием озона. Озоновый слой играет важнейшую роль в развитии биосферы. Находящийся на высоте от 10 до 50 км слой с повышенной концентрацией озона (максимальная концентрация озона зафиксирована на высоте 20 – 25 км) задерживает поступающее из космоса жёсткое ультрафиолетовое и мягкое рентгеновское излучение. Живые организмы чувствительны к коротковолновому излучению. Энергии даже одного фотона этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул, что приводит к возникновению мутаций. В областях, где были зафиксированы области с пониженным содержанием озона, увеличилось число заболеваний раком кожи (меланома), чаще возникает катаракта, снижается иммунитет. Растения под влиянием жёсткого ультрафиолетового излучения постепенно теряют способность к фотосинтезу, нарушается жизнедеятельность планктона, что ведет к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем.
Причины возникновения озоновых дыр носят как естественный, так и антропогенный характер. К естественным причинам относят разрушение молекул озона под действием низких температур. Антропогенное разрушение озонового слоя связывают с повышенным содержанием в атмосфере хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленности и в быту как хладагенты, растворители, распылители в аэрозольных упаковках и. п. Атомы хлора, входящие в состав фреонов, вступают во взаимодействие с молекулами озона и разрушают их. Опасность фреонов как разрушителей озона усугубляется еще и тем, что они не разлагаются естественным путем и могут сохраняться в атмосфере десятки и даже сотни лет. Основными поставщиками фреонов являются США (31 %), Япония (12 %), Великобритания (9 %) и Россия (8 %). Другим веществом, разрушающим озоновый слой, является оксид азота. По своей химической природе оксид азота является свободнорадикальной частицей, легко вступает во взаимодействие с молекулой озона и разрушает её. Гипотеза о техногенном возникновении озоновых дыр имеет большое число сторонников.
22 марта 1985 года в Вене состоялась Международная Венская конференция об охране озонового слоя, а в 1989 году вступил в силу Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Государства, подписавшие этот протокол, обязались снизить количество выбросов веществ, разрушающих озоновый слой, на 50 %. Поправки к этому протоколу принимались 7 раз с 1990 года в Лондоне по 1999 год в Пекине.
Кислотные осадки
Термин «кислотные дожди» впервые использовал английский инженер Р. Смит в 1872 году. В своей книге «Воздух и дождь. Начало химической климатологии» он назвал этим термином осадки с повышенной кислотностью (рН < 5,6). Такие осадки образуются в результате промышленных выбросов в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. Например, в 1981 году в Баварии (Германия) в августе выпадали дожди с рН = 3,5. Максимально зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе была рН = 2,3. В нейтральной воде концентрация ионов водорода составляет 10-7 моль/л, что соответствует рН = 7.
Под влиянием кислотных осадков из почв вымываются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, снижается её плодородие. В растворимое состояние переходят токсичные тяжёлые и лёгкие металлы: свинец, кадмий, ртуть, алюминий и др. Образованные ионами этих металлов соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, передаются по трофическим цепям и накапливаются в организмах травоядных и хищников в количествах, значительно превышающих допустимые нормы. Так, возрастание содержания ионов алюминия в воде до 0,2 мг/л приводит к гибели рыб. От кислотных дождей гибнут лесные сообщества, в первую очередь – хвойные породы. Попадание кислотных осадков в водоёмы приводит к их закислению и деградации. Закисление водоёмов опасно не только для популяций рыб, но вызывает постепенную гибель планктона, водорослей и других обитателей. Озёра становятся практически безжизненными.
Негативное действие оказывают кислотные осадки и на здания из мрамора, бетона, на металлические конструкции. Под действием кислот, содержащихся в осадках, минеральные строительные конструкции разрушаются, так как кислоты разрушают карбонаты и силикаты, входящие в состав природных минеральных материалов. Металлические конструкции под действием кислотных осадков сильнее подвергаются коррозии.
Основным источником поступления в воздух оксидов серы является процесс сжигания угля и мазута. Оксиды азота образуются в процессах горения при высоких температурах, когда окисляться начинает атмосферный азот. Это происходит при горении природного газа, ракетного топлива и т. п. Основными поставщиками в атмосферу диоксида серы и оксидов азота считают теплоэлектростанции, работающие на угле и мазуте, транспорт.
Следует отметить, что превращение диоксида серы в серную кислоту интенсивно проходит в присутствии примесей, играющих роль катализаторов, и резко снижается в условиях чистой, незагрязненной атмосферы. Наиболее эффективным мероприятием против кислотных осадков является сокращение выбросов в атмосферу диоксида серы и оксидов азота.
Энергетический кризис
Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни. В современном мире энергетика является основой развития основных отраслей промышленности. Традиционные топливно-энергетические ресурсы – уголь, нефть, газ, относятся к исчерпаемым невозобновимым ресурсам, то есть по мере их использования человеком, количество таких ресурсов неуклонно уменьшается. С одной стороны, потребности человечества в доступной и дешевой энергии постоянно растут, с другой стороны, количество природных ресурсов, способных обеспечить человечество энергией, неуклонно уменьшается. Это привело к возникновению серьёзной энергетической проблемы.
По данным Мировой энергетической конференции, наибольшим энергетическим эквивалентом (52 ГДж/т) характеризуется природный газ. Его основным компонентом является метан. Природный газ в настоящее время занимает второе место среди традиционных источников энергии. Первое место прочно удерживает нефть. Нефть образовалась в процессе круговорота углерода в биосфере, процесс этот занял многие миллионы лет. По мнению некоторых экспертов, современных запасов нефти осталось не более чем на 50 – 100 лет. При этом новые месторождения находятся в труднодоступных местах, добыча её в этих условиях сопряжена с большими материальными затратами.
Явление, проявляющееся в диспропорции производства и потребления топливного сырья, называется энергетическим кризисом. Впервые с проблемой нехватки энергетических ресурсов человечество столкнулось в 70-х годах ХХ века. Следует отметить, что в настоящее время потребление энергии на душу населения в мире обнаруживает явную тенденцию к стабилизации.
Вторая проблема, связанная с использованием традиционных топливно-энергетических ресурсов – неблагоприятное влияние предприятий ТЭК на окружающую среду. Сжигание органического углеводородного сырья приводит к чрезмерному потреблению кислорода, выбросам газов, твёрдых частиц. Добыча топливно-энергетических ресурсов ведёт к разрушению естественных экосистем, к уменьшению ареалов обитания животных и птиц. Образование отвалов пустой породы, золо - и шлакоотвалов приводит к деградации почв, изменению естественного ландшафта. Деятельность предприятий топливно-энергетического комплекса влияет и на качество гидросферы, в неё попадают нагретые и загрязнённые воды, жидкие отходы. Самым неэкологичным из используемых в настоящее время видов углеводородного топлива является каменный уголь. При его сжигании образуется наибольшее количество загрязняющих веществ: оксиды серы, азота, зола, шлаки. Энергетический эквивалент угля ниже, чем нефти и газа.
С начала ХХ века альтернативным источником энергии была признана гидроэнергетика. Большое количество гидроэлектростанций были построены как на горных, так и на равнинных реках. Основные достоинства ГЭС – низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии, быстрая окупаемость, высокая маневренность, что очень важно в периоды пиковых нагрузок, возможность аккумуляции энергии. Но даже при полном использовании потенциала всех рек Земли гидроэнергетика способна обеспечить не более четверти современных потребностей человечества. В России сейчас используется менее 20 % гидроэнергетического потенциала. В развитых странах эффективность использования гидроресурсов в 2 – 3 раза выше.
Сооружение ГЭС, особенно на равнинных реках, приводит ко многим экологическим проблемам. Строительство водохранилищ, необходимых для обеспечения равномерной работы ГЭС, приводит к разрушению естественных экосистем, затоплению обширных территорий. Водохранилище – искусственный водоём, имеющий большую поверхность испарения, приводит к изменению климата на прилегающих территориях. Развитие сине-зеленых водорослей, особенно при поступлении в водохранилище сточных вод, содержащих соединения азота и фосфора, вызывает процесс эвтрофикации (цветения) водоёма, что приводит к ухудшению качества воды. Плотины являются непреодолимой преградой на путях миграции рыб, что приводит к их массовой гибели. Изменяется уровень подземных вод.
Более перспективными является сооружение ГЭС на горных реках, так как при сооружении водохранилищ в горных районах не изымаются из землепользования большие площади плодородных земель. Гидроэнергетические ресурсы, в отличие от топливно-энергетических, относятся к возобновимым, среди всех используемых в настоящее время возобновимых ресурсов наибольший вклад в производство электроэнергии принадлежит именно им.
Вторая половина ХХ века (до 1986 года) ознаменовалась бурным развитием атомной энергетики. АЭС представлялись как производители наиболее экологически чистого вида электроэнергии, так как АЭС не вырабатывают углекислого газа, не оказывают влияния на глобальное потепление, количество отходов, образующихся при штатном режиме эксплуатации АЭС, несравнимо меньше, чем ТЭС. Ряд аварий на АЭС, в особенности Чернобыльская авария в 1986 году, доказали ошибочность этого мнения. Даже при безаварийной работе АЭС возникает необходимость в утилизации высокорадиоактивных отходов, проблема эта ещё не решена. В настоящее время доля использования ядерного топлива в мире составляет 8,7 %. Наибольшее количество атомных электростанций находится в США – 66, в Японии – 17, в России – 10. Франция – страна, в которой до 80 % электроэнергии производится на АЭС. Некоторые развитые страны сознательно отказались от развития атомной энергетики. Так, несмотря на то, что Норвегия занимает 1 место в мире по производству электроэнергии на душу населения, в этой стране нет АЭС. Высокий уровень производства электроэнергии здесь обеспечивает гидроэнергетика.
В мире ведётся работа по поиску альтернативных источников энергии, которые не будут загрязнять окружающую среду и могут возобновляться. Это приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электростанции, а также производство топливных ресурсов из растительного сырья методом ферментации (этанол), образование их при анаэробном метановом разложении органики (биогаз), сжигание водорода (продуктом сгорания будет чистая вода). Первая в мире приливная электростанция была построена во Франции в устье реки Ранс в 1966 году. В СССР первая приливная электростанция была построена в Кислой губе на Баренцевом море в 1968 году. Опыт строительства и эксплуатации приливных электростанций показал, что они экономически оправданы, издержки их эксплуатации гораздо ниже, чем эксплуатация обычных ГЭС. В настоящее время наибольшее количество электроэнергии в мире получают на приливных электростанциях в Шотландии. По данным на 2006 год на альтернативные источники энергии приходилось около 5 %, в том числе на ветроэнергетические – около 2 %, установки по выработке биогаза – 1 %, геотермальные станции – 0,2 %. Альтернативные источники энергии не лишены недостатков: это и высокая себестоимость электроэнергии, и некоторые экологические проблемы (например, гибель птиц от лопастей ветроэнергетических установок, возрастание угрозы сероводородного загрязнения в местах действия приливных электростанций). Поэтому в ХХI веке главным направлением в решении энергетического кризиса является энергосбережение, создание энергосберегающих технологий.
Демографический кризис
Все люди на Земле образуют популяционную систему – человечество. Рост этой популяции ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами. Основными факторами, влияющими на демографическую ситуацию в мире, являются обеспечение пищевыми ресурсами и болезни. Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону, причем прирост происходит не с постоянной, а с нарастающей скоростью. Так, в 70-е годы ХХ века население планеты увеличилось на 750 млн человек, в 80-е – на 840 млн человек, в 90-е – на 960 млн человек. Если в 1960 году население Земли составляло примерно 3 млрд человек, в 1993 году – более 5,6 млрд, в 1999 году – 6 млрд, а в ноябре 2011 – уже 7 млрд человек. Темпы роста населения мира в 21 веке составили более 90 млн. человек в год. Если в начале ХХ века для увеличения численности населения на 1 млрд человек потребовалось более 35 лет, то в конце 20 века такой же прирост был достигнут за 12 лет. До 1970 года численность населения мира росла по экспоненциальному закону, в настоящее время наблюдается прогрессирующее замедление темпов роста населения Земли. В 2009 году впервые за всю историю человечества численность городского населения сравнялась с численностью сельского, составив 3,4 млрд человек. И далее ожидается, что все большая часть мирового населения будет представлена горожанами. Такой прирост населения характеризует состояние «демографического взрыва».
Динамику роста народонаселения изучает наука демография. Её данные важны для национального и международного планирования. Демографические расчёты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения в будущем. Демография доказала, что высокие темпы прироста населения в ХХ веке связаны со снижением смертности от эпидемий и голода, снижением детской смертности, увеличением продолжительности жизни, вызванные улучшением условий жизни, уровнем медицинского обслуживания и т. п. Наибольший прирост населения наблюдается в развивающихся странах, в то время как в странах с развитой экономикой часто смертность превышает рождаемость. Научно доказано, что чем выше уровень экономического развития государства, тем меньше детей рождается в семье. Для стабилизации численности населения в каждой семье должно быть двое детей. Процесс снижения рождаемости в развитых странах Европы, в результате чего происходит снижение численности населения, получил название «депопуляция». Рост городского населения (урбанизация) приводит к замедлению темпов прироста населения за счет снижения рождаемости. Переход численности населения от «примитивной» (высокая рождаемость и высокая смертность) стабильности к «современной» (низкая смертность и низкая рождаемость) называется демографическим переходом.
«Демографический взрыв» приводит к дефициту продуктов питания и возникновению продовольственной проблемы, так как еще 200 лет назад Т. Мальтус доказал, что рост населения происходит по экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии. В настоящее время примерно треть населения Земли не может обеспечить себя продовольствием. Для обеспечения населения продуктами питания необходимо внедрение новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур (так называемая зелёная революция), с одной стороны, и регулирование темпов рождаемости, с другой стороны.
Сокращение биоразнообразия
Многообразие всего живого на Земле – от генов до экосистем – называется биологическим разнообразием биосферы. Биоразнообразие биосферы включает видовое, генетическое и экосистемное разнообразие. Видовое разнообразие заключается в разнообразии видов, населяющих биосферу. Генетическое разнообразие заключается в разнообразии популяций, принадлежащих к одному виду, в зависимости от места обитания. Это внутривидовое различие особей, обусловленное их наследственной изменчивостью. Экосистемное разнообразие – это различия природных комплексов по масштабам, структурным и функциональным компонентам, средам обитания и экологическим процессам.
Сильнейшую угрозу для большинства диких видов в настоящее время представляет уничтожение, разделение и сужение ареалов их обитания. Человек в процессе преобразования окружающей его среды изменяет естественные экосистемы. Природная среда, преднамеренно или непреднамеренно изменяемая человеком, называется квазиприродной. Рост городов, строительство дорог, плотин, водохранилищ коренным образом изменяет среду обитания, нарушает существующие связи между видами. Животные, птицы лишаются привычной среды обитания, уменьшаются площади территорий, где они добывают себе пищу. Антропогенная деятельность сопровождается шумом, изменением светового и теплового режима, что является фактором беспокойства и вынуждает животных и птиц покидать привычные места обитания. Все это приводит к уменьшению численности видов, к исчезновению многих видов, которые не смогли приспособиться к изменившимся условиям. Считается, что ежедневно исчезает один вид. Разрываются трофические цепи, снижается общая биомасса экосистем. Все это ведёт к снижению устойчивости экосистем, к упрощению их структуры и постепенной деградации. Нарушение среды обитания в результате прямого или косвенного воздействия человека приводит к сокращению биологического разнообразия.
Вторая причина снижения численности видов и уменьшения биоразнообразия – чрезмерная добыча отдельных видов, перепромысел, браконьерство. Это является причиной снижения численности крупных млекопитающих: слонов, носорогов, тигров.
К сокращению численности и вымиранию отдельных видов также приводят интродукция (лат. introduction – введение, переселение особей) и акклиматизация (лат. ac – к, для, греч. κλiμά – климат) чуждых видов, прямое уничтожение с целью защиты продукции, случайное (непреднамеренное) уничтожение и, конечно, загрязнение окружающей среды.
Например, в результате строительства гидротехнических плотин в русле реки Волга полностью уничтожены нерестилища лососевых рыб и сельди, площади распространения осетровых рыб сократились почти на 90 % по сравнению с прежними. В любом случае главной причиной сокращения видов в природных экосистемах и биосфере в целом является антропогенная деятельность, ведущая к снижению устойчивости естественных экосистем и, в конечном счёте, к их деградации.
Для сохранения видового разнообразия создана Красная книга, в которую внесены редкие, исчезающие или находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и растений. Есть региональные (областные), национальные и международная Красная книга. Международная Красная книга составляется и издается Международным союзом охраны природы (МСОП) с 1963 года.
